생물의 기원과 원자의 성질

 

수세기에 걸친 생물학적 관찰과 탐구에서 생물학적 다양성은 역사를 반영하고 성공·실패·변화의 기록은 지구 형성 직후로 거슬러 올라간다는 하나의 조직원리가 생겨났습니다. 이 다양성에 대한 설명은 자연 선택에 의한 진화론입니다. 공유결합이론이 화학의 골격인가 양자역학 이론이 물리학의 골격인 것처럼 생물과학 연구의 골격을 형성합니다. 자연 도태에 의한 진화는 이 책에서 배우는 모든 것을 관통하는 스레드입니다.

 

원자의 성질

생물학의 기본 원칙

생물학의 기본 원리에 대해서, 조직 레벨의 골조를 통해서 소개한 것입니다. 조직의 분자 수준, 유기 수준, 세포 수준에서 당신은 세포 생물학에 소개됩니다. 세포가 어떻게 구성되고, 어떻게 성장하고, 분열하고, 의사소통하는지를 배웁니다. 생물 수준에서는 유전학의 원리를 배웁니다 유전학은 개개의 형질이 다음 세대에 전달되는 방법을 다룹니다. 인구 수준에서 당신은 진화, 인구의 점진적인 변화를 살펴볼 것입니다

한 세대에서 다음 세대로, 그것은 자연 도태를 통해서 우리 주위에 보이는 생물 다양성으로 이끌어 왔습니다. 마지막으로 커뮤니티와 생태계 차원에서 생태학을 연구합니다 생물이 환경과 어떻게 상호작용해 지구상 생명체 특유의 복잡한 커뮤니티를 만들어냅니다. 이 책의 후반부는 진화의 산물인 유기체의 조사에 바쳐지고 있습니다. 적어도 500만 종의 동식물과 미생물이 존재하는 것으로 추정되고 있으며, 그 다양성은 경이적입니다. 책 후반부에는 우리가 속한 동물의 그룹인 척추동물에 대해 특히 자세히 알아봅니다. 척추동물의 몸과 그 기능에 대해 검토합니다.이 정보는 대부분의 학생들에게 가장 흥미롭고 중요한 것입니다. 생물학의 기본 원리는 생물 다양성은 오랜 진화 과정의 결과라는 것입니다

 

 

자연의 건축 재료 원자

질량을 가지고 공간을 차지하는 우주의 물질은 모두 물질로 정의됩니다. 모든 물질은 원자라고 불리는 매우 작은 입자로 구성되어 있습니다. 그 크기 때문에 원자는 연구하기 어렵습니다. 금세기 초까지 과학자들은 원자가 어떤 것인지를 보여주는 최초의 실험을 하지 않았습니다.

원자의 구조

원자와 같은 작은 물체는 터널 마이크로 카피와 같은 매우 복잡한 기술을 사용함으로써 간접적으로만 '보는' 것을 할 수 있습니다. 원자 구조의 복잡성에 대해서는 잘 알고 있지만 덴마크 물리학자 닐스 보어가 1913년에 제시한 단순한 견해는 좋은 출발점을 제공합니다. 보어 씨는 모든 원자가 미소 태양계 행성처럼 핵 주위를 소용돌이치는 전자라고 불리는 작은 아원자 입자로 된 궤도 구름을 가지고 있다고 제안했습니다. 각 원자의 중심에는 양성자와 중성자라는 다른 두 종류의 아원자 입자로 형성된 매우 밀도가 높은 작은 핵이 있습니다.

핵 안에서는 양성자와 중성자 클러스터가 짧은 아원자 거리에서만 작용하는 힘에 의해 결합되어 있습니다. 각 양성자는 양(+)전하를 가지며 각 전자는 음전하를 가집니다. 일반적으로 원자는 양성자마다 1개의 전자를 가지고 있습니다. 양성자의 수(원자의 원자번호)는 원자의 화학적 성질을 결정합니다.왜냐하면 그것은 화학 활동에 이용 가능한 핵을 주회하는 전자의 수를 지시하기 때문입니다. 중성자는 이름 그대로 전하를 갖지 않습니다.

원자 질량

질량과 무게라는 용어는 종종 교환 가능하게 사용되지만, 그것들은 약간 다른 의미를 가집니다. 질량은 물질의 양을 의미하고, 무게는 중력이 물질에 주는 힘을 의미합니다. 따라서 물체는 지구에서나 달에서나 같은 질량을 갖지만 지구의 중력이 달보다 크기 때문에 그 무게는 지구상에서 더 커집니다. 원자의 원자 질량은 양성자와 중성자 질량의 합과 같습니다. 지구상에서 자연적으로 발생하는 원자에는 1~92개의 양성자와 146개의 중성자가 포함되어 있습니다. 원자와 아원자 입자의 질량은 달튼이라고 불리는 단위로 측정됩니다. 이 단위들이 얼마나 작은지 이해하기 위해 1g을 만드는 데 6억200만달러(6.021023)이 필요하다는 점에 주의하세요! 양성자의 무게는 중성자(1.007달러톤)와 마찬가지로 약 1달러톤(실제로는 1.009달러톤). 대조적으로 전자의 무게는 11840달러밖에 되지 않기 때문에 원자의 질량 전체에 대한 기여는 무시할 수 있습니다.

 

 

 

동위 원소

같은 원자번호(즉, 같은 수의 양성자)를 가진 원자는 같은 화학적 성질을 가지며 같은 원소에 속하는 것으로 알려져 있습니다. 형식적으로는 원소란 일반적인 화학적 수단으로는 다른 물질로 분해할 수 없는 물질을 말합니다. 그러나 원소의 모든 원자는 같은 수의 양성자를 가지고 있지만, 모두가 같은 수의 중성자를 가지고 있는 것은 아닙니다. 다른 수의 중성자를 가진 원소의 원자는 그 원소의 동위원소라고 불립니다. 자연계의 대부분의 원소는 다른 동위원소의 혼합물로 존재합니다. 예를 들면, 탄소(C)는,
는 3개의 동위원소를 가지며, 모두 6개의 양성자를 포함합니다(그림 2.3).

자연계에서 발견된 탄소의 99% 이상은 6개의 중성자를 가진 동위원소로 존재합니다. 그 총 질량은 12달톤이기 때문에(양성자에서 6+중성자에서 6), 이 동위원소는 탄소-12라고 불리며 12C를 상징합니다. 자연 발생하는 탄소의 나머지 대부분은 7개의 중성자를 가진 동위원소인 탄소-13입니다. 가장 희귀한 탄소 동위 원소는 탄소-14이며 중성자가 8개 있습니다. 다른 두 동위원소와는 달리 탄소-14는 불안정하다: 그 핵은 원자번호가 낮은 원소로 분해되는 경향이 있습니다. 대량의 에너지를 방출하는 이 핵분열은 방사성 붕괴라고 불립니다
이러한 붕괴는 방사성 동위원소.

일부 방사성 동위원소는 다른 것보다 불안정하기 때문에 부패하기 쉽습니다. 그러나 주어진 동위원소에 대해서는 붕괴 속도가 일정합니다. 이 속도는 보통 반감기로 표시되며 시료 중 원자의 절반이 붕괴하는 데 걸리는 시간입니다. 예를 들면, 탄소 14의 반감기는 약 5600년입니다. 탄소 14를 1g 함유한 탄소 샘플은 5600년 후 0.5g, 11,200년 후 0.25g, 16,800년 후 0.125g 등입니다. 생물학적 시료와 암석 속 탄소와 다른 원소의 서로 다른 동위원소 비율을 측정함으로써 과학자들은 이 물질들이 언제 형성되었는지를 정확하게 판단할 수 있습니다.

방사성 물질의 유용한 용도는 많지만 방사성 물질의 계획적 사용에 있어 고려해야 할 유해한 부작용도 있습니다. 방사성 물질은 살아있는 세포에 심각한 손상을 입히고 유전자에 돌연변이를 발생시키며, 고용량으로 세포사를 일으킬 수 있는 에너지 준원자 입자를 방출합니다. 그 결과 방사선에 대한 노출은 매우 신중하게 제어되고 규제되고 있습니다. 방사성 물질을 다루는 과학자(기초 연구자뿐만 아니라 X선 기사 등 응용 과학자)는 방사선에 민감한 배지를 달고 피폭되는 방사능의 총량을 감시합니다. 매달 배지가 모아져 정밀 조사를 받고 있습니다. 따라서 과도한 방사선 피폭 위험에 노출되어 있는 종업원에게는 '조기경계 시스템'이 갖추어져 있습니다

 

전자

원자핵의 양전하는 원자핵 주위의 다양한 거리를 주회하는 음전하 전자에 의해 상쇄됩니다. 따라서 양성자와 전자의 수가 같은 원자는 전기적으로 중성이며 순전하를 갖지 않습니다. 전자는 양전하를 띤 핵으로의 끌어당김에 의해 궤도상에서 유지됩니다. 때로는 다른 힘이 이 인력을 극복하고 원자는 하나 이상의 전자를 잃게 됩니다. 다른 경우 원자는 추가 전자를 얻을 수 있습니다. 전자의 수가 양성자의 수와 같지 않은 원자는 이온으로 알려져 있으며, 그것들은 순전하를 가지고 있습니다. 전자보다 양성자가 많은 원자는 양전하를 가지며 양이온이라고 불립니다. 예를 들어, 1개의 전자를 잃은 나트륨(Na) 원자는 +1의 전하를 가진 나트륨 이온(Na+)이 됩니다. 전자보다 양성자의 수가 적은 원자는 순음전하를 가지고 있어 음이온이라고 불립니다. 1개의 전자를 얻은 염소 원자(Cl)는 -1의 전하를 갖는 염화물 이온(Cl-)이 됩니다.

 

원자는 전자의 구름에 둘러싸인 양성자와 중성자의 핵으로 구성되어 있습니다. 그 전자의 수는 원자의 화학적 성질을 크게 좌우합니다. 양성자의 수는 같지만 중성자의 수가 다른 원자를 동위원소라고 부릅니다. 원자의 동위원소는 원자 질량에 있어서 다르지만 같은 화학적 성질을 가지고 있습니다.